Toevalstreffer
Nieuwsgierig
Tijdens de coronacrisis ziet Maarten van der Elst, TU-hoogleraar en chirurg in het Reinier de Graaf Gasthuis in Delft, hoe weinig intensive care-bedden er in Nederland zijn. Thuis delen hij en zijn vrouw, anesthesioloog in het Rotterdamse Erasmus Medisch Centrum, hun zorgen. De vele patiënten in het ziekenhuis zijn afhankelijk van zuurstofondersteuning. Dit kan op verschillende manieren: met een slangetje in de neus, via een zuurstofmasker of door intubatie. “Voor alle opties is veel industrieel zuurstof nodig en dat is in Nederland niet oneindig beschikbaar”, vertelt Van der Elst. “In landen als India en Engeland dreigde zuurstof tijdens corona zelfs op te raken.” Dat brengt het echtpaar op een idee. Zou het mogelijk zijn om op een veilige manier zuurstof aan de omgeving te onttrekken en aan patiënten toe te dienen? Die vraag stelt hij aan bachelorstudenten werktuigbouwkunde die hij begeleidt bij hun eindproject. Zij bekijken de mogelijkheden voor de bouw van een zuurstofapparaat dat zuurstof uit de eigen omgeving haalt en op niet-invasieve wijze – terwijl de patiënt wakker is en zelf ademhaalt – toe te dienen is. Eerst onderzoeken de studenten of je zuurstof uit de eigen omgeving kan halen. Dat kan, maar er kleven allerlei logistieke problemen en veiligheidsrisico’s aan. De enige, veilige manier is door adsorptie met behulp van zeolieten (een soort mineraal), ontdekken ze. Maar daar hebben de studenten weinig kaas van gegeten. Via Google stuiten ze per toeval op ‘zeoliet-expert’ en hoogleraar Thijs Vlugt, ook verbonden aan de faculteit 3mE. Vlugt werkt met zeolieten voor industriële projecten. Een zuurstofapparaat is totaal andere koek, maar hij is nieuwsgierig en nodigt de studenten uit voor een gesprek.
Brandalarm
Vlak voor dit gesprek gaat het brandalarm opeens af. Vlugt en de studenten belanden na een ontruiming op de parkeerplaats. Daar maken ze op de motorkap van een auto de eerste schetsen voor een zuurstofmachine op basis van adsorptie met zeolieten. “Zeoliet is een soort kristallijne stof met poriën ter grootte van een typisch molecuul”, legt hoogleraar Vlugt uit. “Sommige moleculen willen er wel in en andere moleculen juist niet. Er is een specifiek zeoliet waar lithium in zit, dat een grote voorkeur heeft voor stikstof, maar niet voor zuurstof. Als je lucht – dat voor 80 procent uit stikstof en 20 procent uit zuurstof bestaat – in contact brengt met zeoliet, dan wordt stikstof onttrokken en blijft zuurstof over.” Vlugt deelt zijn bevindingen met Van der Elst en beiden zien potentie. Voor de groep studenten loopt het project op dat moment ten einde. In een paper beschrijven ze de theorie en ze laten een instructie achter, zodat een volgende groep studenten het apparaat daadwerkelijk kan bouwen. Op basis van die instructies en schetsen gaat een tweede groep studenten aan de slag. Bij de lokale bouwmarkt halen ze materialen en uit China bestellen ze het zeoliet dat ‘gewoon’ bij de lokale Primera wordt bezorgd. Tot het moment dat ze de stekker in het stopcontact steken, weten de studenten niet of het apparaat werkt.
Lage-inkomenslanden
“Onze opdracht was om een zuurstofmachine te ontwikkelen die zes keer beter zou presteren dan de huidige apparaten op de markt. En alles op netstroom”, vertelt student Wouter Kastelijns. “We begaven ons op onbekend terrein, het was een kwestie van gewoon proberen.” Met succes, want inmiddels is een eerste werkend exemplaar opgeleverd. Van der Elst roemt die mentaliteit: “Deze generatie TU-studenten wil echt impact maken.” Hij zou graag zien dat het apparaat wordt doorontwikkeld om uiteindelijk te gebruiken in lage-inkomenslanden. “Daar biedt het belangrijke ondersteuning tijdens operaties, die daar vaak onder plaatselijke verdoving gebeuren. In Nederland word je in slaap gebracht, maar dat is daar niet gebruikelijk. Zo’n apparaat maakt een wereld van verschil.” Ook het aanvragen van een patent is een optie. Dat laten Vlugt en Van der Elst liever over aan de studenten. “Vanuit de TU en het valorisatieprogramma zijn nog stappen te nemen. Het zou leuk zijn als een student instapt en daarop afstudeert.”
Een onverwachte ontdekking of bijzondere ontmoeting. Wetenschappelijk onderzoek hangt vaak van toevalligheden aan elkaar. Dit keer: hoe een zoekopdracht via Google leidt tot een nieuwe, veiligere manier van zuurstof toedienen.
Tekst Marjolein van der Veldt
Prof. Maarten van der Elst (rechts) en zeolietenexpert Thijs Vlugt kwamen elkaar bij toeval op het spoor toen studenten de bouw van een zuurstofapparaat onderzochten voor hun bachelor eindproject.
@Sam Rentmeester
Het eerste werkende exemplaar van het zuurstofapparaat dat zuurstof uit de eigen omgeving haalt door adsorptie met behulp van zeolieten.
@Sam Rentmeester